基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算方法与流程

1.本发明属于城市道路交通信号控制技术领域，特别是一种基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误的计算方法。


背景技术：

2.信控延误是城市道路信号控制常用的一种效益评价指标，对感知、控制、优化、评估、诊断、推荐等交通信号控制活动意义重大。
3.信号交叉口的停车延误是指车辆通过交叉口过程中因信号灯控装置导致行驶受阻，出现排队、停车等现象，进而损失一定的行程时间，该指标可以较好地反映信号控制策略及信号配时的质量情况。
4.信号交叉口的停车延误可以通过理论模型计算或现场观测两种途径获取。然而，前者所用理论公式通常较为复杂，采用的参数大都仅在仿真环境下可获得，实战中往往难以采集；后者难以采集车辆抵达停车线之前出现排队停车的情况，且缺乏自动化统计分析处理的机制，需要人工统计，耗时耗力，收益甚微。
5.另外，现有技术并未清晰剥离车辆在渠化区域跟车排队及停车线处等红灯的两种不同的信控延误场景，笼统给出的车辆在信号交叉口的停车延误缺乏统一的时空基准。
6.现如今视频、雷达、雷视融合等交通检测器，在视频图像、雷达点云数据及目标跟踪处理方面有所突破，可以做到大范围的区域车辆识别检测，利用相关技术，可以轻松构建覆盖信号交叉口进口道渠化区域的检测域，并扫描记录检测域范围内的车辆位置分布信息。
7.基于该检测域内采集的车辆位置分布数据，结合运行背景方案及车辆动态排队与消散特征，建立即时、轻量、通用的车辆抵达停车线及离开停车线的时间预测模型，成为了可能。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误的计算方法。
9.实现本发明目的的技术解决方案为：一方面，提供了一种基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算方法，所述方法包括以下步骤：
10.采用具备区间车辆分布特征识别的交通检测方法，构建覆盖战术区域的大范围交通检测域，目标车辆进入检测域时，分析检测域中所有车辆的位置分布特征，建立待消散车辆序列；
11.基于运行背景方案，在时域上建立表达车辆是否具备通行路权的时间范围图谱函数；
12.基于待消散车辆序列中车辆的动态排队生成与消散特征，建立车辆抵达停车线时刻及离开停车线时刻的计算模型；
13.基于计算模型获取目标车辆抵达停车线前的排队停车延误时长及抵达停车线后的等待红灯停车延误时长，两延误时长之和即为车辆在信号控制交叉口的总理论停车延误时长。
14.进一步地，所述战术区域包括停车线、渠化车道及紧邻的部分道路区域，在战术区域s
maxqueue
范围内采用区域检测方法。
15.进一步地，所述采用具备区间车辆分布特征识别的交通检测方法，构建覆盖战术区域的大范围交通检测域，目标车辆进入检测域时，分析检测域中所有车辆的位置分布特征，建立待消散车辆序列，具体包括：
16.目标车辆b
obj
自远端驶入检测域时，触发检测域内车辆数量及位置扫描分析，建立包含n 1辆待消散车辆的序列，其中，若n＝0，则待消散车辆序列为{b
obj
}，车辆位置表达为若车辆数量n≥1，则待消散车辆序列为{b1，...，bn，b
obj
}，对应的车辆位置表达为其中车辆b1与停车线距离最近，车辆b
obj
与停车线距离最远，且
17.进一步地，所述基于运行背景方案，在时域上建立表达车辆是否具备通行路权的时间范围图谱函数，具体包括：
18.运行背景方案图谱，由若干组有路权时间块及无路权时间块连续交替构成；
19.背景方案图谱的初始时刻为目标车辆b
obj
进入检测域被识别到的时刻t0；
20.背景方案图谱首个时间块的路权属性row1取自t0时刻目标车辆b
obj
请求相位的路权属性，令t0时刻至路权属性切换时刻间的时长δt1即为该时间块的时长；背景方案图谱第二个时间块的路权属性row2与前一时间块的路权属性row1相反，row2＝(-1)
×
row1，至后续路权属性切换时刻间的时长δt2，其起始时刻为t0 δt1，结束时刻以此类推，背景方案图谱第m个时间块的路权属性rowm与前一时间块的路权属性row
m-1
相反，rowm＝(-1)
×
row
m-1
＝
…
＝(-1)
m-1
×
row1，至后续路权属性切换时刻间的时长δtm，其起始时刻为结束时刻
21.进一步地，所述基于待消散车辆序列中车辆的动态排队生成与消散特征，建立车辆抵达停车线时刻及离开停车线时刻的计算模型，具体包括：
22.(1)首车b1的计划消散时刻及等效消散时刻计算
23.车辆b1匀速行驶，抵达停车线的时刻点有：
[0024][0025]
其中，为车辆b1在t0时刻距停车线的距离，v为车辆平均速度；
[0026]
车辆b1作为首车，其计划消散时刻即抵达停车线时刻无排队消散影响，有：
[0027][0028]
车辆b1的计划消散时刻隶属时间块的求解函数：
[0029][0030]
则车辆b1的计划消散时刻隶属时间块的路权属性：
[0031][0032]
则车辆b1的等效消散时刻有：
[0033][0034]
(2)后续车辆的计划消散时刻及等效消散时刻计算
[0035]
对于后续车辆b2～bn，匀速行驶，抵达停车线的时刻点有：
[0036][0037]
其中，为车辆bj在t0时刻距停车线的距离，j∈[2，n]；
[0038]
若车辆bj跟随前一车辆b
j-1
，则车辆间车头时距不低于饱和车头时距h；车辆bj的计划消散时刻有：
[0039][0040]
其中，为车辆bj在t0时刻距停车线的距离，为前一车辆b
j-1
的等效消散时刻；
[0041]
车辆bj的计划消散时刻隶属时间块的求解函数：
[0042][0043]
车辆bj的计划消散时刻隶属时间块的路权属性：
[0044][0045]
车辆bj的等效消散时刻有：
[0046][0047]
(3)目标车辆b
obj
的计划消散时刻及等效消散时刻计算
[0048]
目标车辆b
obj
匀速行驶，抵达停车线的时刻点有：
[0049][0050]
其中，为目标车辆b
obj
在t0时刻距停车线的距离；
[0051]
对于目标车辆b
obj
，其计划消散时刻有：
[0052]
[0053]
其中，为目标车辆b
obj
在t0时刻距停车线的距离，为目标车辆b
obj
前一车辆bn的等效消散时刻；
[0054]
目标车辆b
obj
的计划消散时刻隶属时间块的求解函数：
[0055][0056]
目标车辆b
obj
的计划消散时刻隶属时间块的路权属性：
[0057][0058]
目标车辆b
obj
的等效消散时刻有：
[0059][0060]
进一步地，所述基于计算模型获取目标车辆抵达停车线前的排队停车延误时长及抵达停车线后的等待红灯停车延误时长，两延误时长之和即为车辆在信号控制交叉口的总理论停车延误时长，具体包括：
[0061]
目标车辆b
obj
抵达停车线前的排队停车延误时长t
dp
，有：
[0062][0063]
目标车辆b
obj
抵达停车线后的等待红灯停车延误时长t
dl
，有：
[0064][0065]
目标车辆b
obj
在信号控制交叉口的总理论停车延误时长td，有：
[0066][0067]
另一方面，提供了一种基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算系统，所述系统包括：
[0068]
第一模块，用于实现采用具备区间车辆分布特征识别的交通检测方法，构建覆盖战术区域的大范围交通检测域，目标车辆进入检测域时，分析检测域中所有车辆的位置分布特征，建立待消散车辆序列；
[0069]
第二模块，用于实现基于运行背景方案，在时域上建立表达车辆是否具备通行路权的时间范围图谱函数；
[0070]
第三模块，用于实现基于待消散车辆序列中车辆的动态排队生成与消散特征，建立车辆抵达停车线时刻及离开停车线时刻的计算模型；
[0071]
第四模块，用于实现基于计算模型获取目标车辆抵达停车线前的排队停车延误时长及抵达停车线后的等待红灯停车延误时长，两延误时长之和即为车辆在信号控制交叉口的总理论停车延误时长。
[0072]
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
[0073]
(1)建立统一时空基准的车辆在信号交叉口的信控延误量化方法，均在车辆进入检测域时，立即扫描检测域内车辆位置分布信息，锁定背景方案，触发车辆抵达停车线时刻及离开停车线时刻计算，进而获得车辆在信号交叉口的排队停车延误、等红灯停车延误以
及总的理论停车延误。
[0074]
(2)高实用性，采用通用的交通检测技术及常规的交通检测数据，视频、雷达、雷视一体、浮动车、感知融合等技术均可提供渠化区域内的车辆位置分布数据。
[0075]
(3)高鲁棒性，支持定周期、协调、感应、自适应、行人过街、公交优先等各种控制场景下的理论停车延误计算。
[0076]
(4)即时计算，采用轻量化的逻辑计算模型，渠化区域的距离一旦固化，检测域内分布的车辆数n的上限即可确定，算法的时间复杂度为o(1)，可满足任意设备和系统实时计算场景需求。
[0077]
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
[0078]
图1为一个实施例中基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算方法流程图。
[0079]
图2为一个实施例中车辆自抵达检测域至离开停车线的示意图。
[0080]
图3为一个实施例中时段运行背景方案图谱时间块表达示意图。
具体实施方式
[0081]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0082]
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0083]
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0084]
在一个实施例中，结合图1，提供了一种基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算方法，所述方法包括以下步骤：
[0085]
步骤1，采用具备区间车辆分布特征识别的交通检测方法，构建覆盖战术区域的大范围交通检测域，目标车辆进入检测域时，分析检测域中所有车辆的位置分布特征，建立待消散车辆序列；
[0086]
所述战术区域包括停车线、渠化车道及紧邻的部分道路区域，在战术区域s
maxqueue
(单位为m)范围内采用区域检测方法；
[0087]
具体包括：
[0088]
目标车辆b
obj
自远端驶入检测域时，触发检测域内车辆数量及位置扫描分析，建立包含n 1辆待消散车辆的序列，其中，若n＝0，则待消散车辆序列为{b
obj
}，车辆位置表达为
若车辆数量n≥1，则待消散车辆序列为{b1，...，bn，b
obj
}，对应的车辆位置表达为其中车辆b1与停车线距离最近，车辆b
obj
与停车线距离最远，且
[0089]
步骤2，基于运行背景方案，在时域上建立表达车辆是否具备通行路权的时间范围图谱函数；结合图3，具体包括：
[0090]
运行背景方案图谱，由若干组有路权时间块及无路权时间块连续交替构成；
[0091]
背景方案图谱的初始时刻为目标车辆b
obj
进入检测域被识别到的时刻t0；
[0092]
背景方案图谱首个时间块的路权属性row1取自t0时刻目标车辆b
obj
请求相位的路权属性，令t0时刻至路权属性切换时刻间的时长δt1即为该时间块的时长；背景方案图谱第二个时间块的路权属性row2与前一时间块的路权属性row1相反，row2＝(-1)
×
row1，至后续路权属性切换时刻间的时长δt2，其起始时刻为t0 δt1，结束时刻以此类推，背景方案图谱第m个时间块的路权属性rowm与前一时间块的路权属性row
m-1
相反，rowm＝(-1)
×
row
m-1
＝
…
＝(-1)
m-1
×
row1，至后续路权属性切换时刻间的时长δtm，其起始时刻为结束时刻
[0093]
步骤3，基于待消散车辆序列中车辆的动态排队生成与消散特征，建立车辆抵达停车线时刻及离开停车线时刻的计算模型；结合图2，具体包括：
[0094]
(1)首车b1的计划消散时刻及等效消散时刻计算
[0095]
车辆b1匀速行驶，抵达停车线的时刻点有：
[0096][0097]
其中，为车辆b1在t0时刻距停车线的距离，v为车辆平均速度；
[0098]
车辆b1作为首车，其计划消散时刻即抵达停车线时刻无排队消散影响，有：
[0099][0100]
车辆b1的计划消散时刻隶属时间块的求解函数：
[0101][0102]
则车辆b1的计划消散时刻隶属时间块的路权属性：
[0103][0104]
则车辆b1的等效消散时刻有：
[0105][0106]
(2)后续车辆的计划消散时刻及等效消散时刻计算
[0107]
对于后续车辆b2～bn，匀速行驶，抵达停车线的时刻点有：
[0108][0109]
其中，为车辆bj在t0时刻距停车线的距离，j∈[2，n]；
[0110]
若车辆bj跟随前一车辆b
j-1
，则车辆间车头时距不低于饱和车头时距h；车辆bj的计划消散时刻有：
[0111][0112]
其中，为车辆bj在t0时刻距停车线的距离，为前一车辆b
j-1
的等效消散时刻；
[0113]
车辆bj的计划消散时刻隶属时间块的求解函数：
[0114][0115]
车辆bj的计划消散时刻隶属时间块的路权属性：
[0116][0117]
车辆bj的等效消散时刻有：
[0118][0119]
(3)目标车辆b
obj
的计划消散时刻及等效消散时刻计算
[0120]
目标车辆b
obj
匀速行驶，抵达停车线的时刻点有：
[0121][0122]
其中，为目标车辆b
obj
在t0时刻距停车线的距离；
[0123]
对于目标车辆b
obj
，其计划消散时刻有：
[0124][0125]
其中，为目标车辆b
obj
在t0时刻距停车线的距离，为目标车辆b
obj
前一车辆bn的等效消散时刻；
[0126]
目标车辆b
obj
的计划消散时刻隶属时间块的求解函数：
[0127][0128]
目标车辆b
obj
的计划消散时刻隶属时间块的路权属性：
[0129]
[0130]
目标车辆b
obj
的等效消散时刻有：
[0131][0132]
步骤4，基于计算模型获取目标车辆抵达停车线前的排队停车延误时长及抵达停车线后的等待红灯停车延误时长，两延误时长之和即为车辆在信号控制交叉口的总理论停车延误时长。具体包括：
[0133]
目标车辆b
obj
抵达停车线前的排队停车延误时长t
dp
，有：
[0134][0135]
目标车辆b
obj
抵达停车线后的等待红灯停车延误时长t
dl
，有：
[0136][0137]
目标车辆b
obj
在信号控制交叉口的总理论停车延误时长td，有：
[0138][0139]
在一个实施例中，提供了一种基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算系统，所述系统包括：
[0140]
第一模块，用于实现采用具备区间车辆分布特征识别的交通检测方法，构建覆盖战术区域的大范围交通检测域，目标车辆进入检测域时，分析检测域中所有车辆的位置分布特征，建立待消散车辆序列；
[0141]
第二模块，用于实现基于运行背景方案，在时域上建立表达车辆是否具备通行路权的时间范围图谱函数；
[0142]
第三模块，用于实现基于待消散车辆序列中车辆的动态排队生成与消散特征，建立车辆抵达停车线时刻及离开停车线时刻的计算模型；
[0143]
第四模块，用于实现基于计算模型获取目标车辆抵达停车线前的排队停车延误时长及抵达停车线后的等待红灯停车延误时长，两延误时长之和即为车辆在信号控制交叉口的总理论停车延误时长。
[0144]
关于基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算系统的具体限定可以参见上文中对于基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算方法的限定，在此不再赘述。上述基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0145]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
[0146]
采用具备区间车辆分布特征识别的交通检测方法，构建覆盖战术区域的大范围交通检测域，目标车辆进入检测域时，分析检测域中所有车辆的位置分布特征，建立待消散车辆序列；
[0147]
基于运行背景方案，在时域上建立表达车辆是否具备通行路权的时间范围图谱函
数；
[0148]
基于待消散车辆序列中车辆的动态排队生成与消散特征，建立车辆抵达停车线时刻及离开停车线时刻的计算模型；
[0149]
基于计算模型获取目标车辆抵达停车线前的排队停车延误时长及抵达停车线后的等待红灯停车延误时长，两延误时长之和即为车辆在信号控制交叉口的总理论停车延误时长。
[0150]
关于每一步的具体限定可以参见上文中对于基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算方法的限定，在此不再赘述。
[0151]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0152]
采用具备区间车辆分布特征识别的交通检测方法，构建覆盖战术区域的大范围交通检测域，目标车辆进入检测域时，分析检测域中所有车辆的位置分布特征，建立待消散车辆序列；
[0153]
基于运行背景方案，在时域上建立表达车辆是否具备通行路权的时间范围图谱函数；
[0154]
基于待消散车辆序列中车辆的动态排队生成与消散特征，建立车辆抵达停车线时刻及离开停车线时刻的计算模型；
[0155]
基于计算模型获取目标车辆抵达停车线前的排队停车延误时长及抵达停车线后的等待红灯停车延误时长，两延误时长之和即为车辆在信号控制交叉口的总理论停车延误时长。
[0156]
关于每一步的具体限定可以参见上文中对于基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算方法的限定，在此不再赘述。
[0157]
作为一种具体示例，在其中一个实施例中，对本发明进行进一步验证说明。
[0158]
假定目标车辆b
obj
在9点01分55秒抵达交叉口南进口直行道的战术检测域在9点01分55秒抵达交叉口南进口直行道的战术检测域时，前方仅有车辆b1和b2，其中检测域内行驶车辆均速为v＝8m/s，饱和车头时距为h＝2.25s；当前时刻隶属白天平峰时段8:30:00～17:30:00，调用方案5，定周期控制，周期120s，各阶段放行信息如下表1所示；当前正在运行阶段4，阶段剩余时间为10s。
[0159]
表1各阶段放行信息
[0160]
阶段号放行相位阶段时长/s1南北直行302南北左转303东西直行304东西左转30
[0161]
(1)构建时段运行背景方案图谱，如下：
[0162]
时间块1，t0＝0，δt1＝10s，范围[0，10)s，row1＝-1，无路权；
[0163]
时间块2，t1＝10s，δt2＝30s，范围[10，40)s，row2＝1，有路权；
[0164]
时间块3，t2＝40s，δt3＝90s，范围[40，130)s，row3＝-1，无路权；
[0165]
(2)对于首车b1有：
[0166]
匀速行驶，抵达停车线时刻
[0167]
计划消散时刻
[0168]
等效消散时刻
[0169]
(3)对于车辆b2有：
[0170]
匀速行驶，抵达停车线时刻
[0171]
计划消散时刻
[0172]
等效消散时刻
[0173]
(4)对于车辆b
obj
有：
[0174]
匀速行驶，抵达停车线时刻
[0175]
计划消散时刻
[0176]
等效消散时刻
[0177]
(5)车辆b
obj
的信控延误有：
[0178]
排队停车延误时长t
dp
＝8.25s，
[0179]
等红灯停车延误时长t
dl
＝0s，
[0180]
总理论停车延误时长td＝8.25s。
[0181]
综上，本发明为定周期、感应、协调、紧急、优先等不同信号控制场景下，提供一种时钟基准统一的即时、轻量、通用的车辆理论停车延误时长计算方法，能更准确的获得车辆在信号交叉口的排队停车延误、等红灯停车延误以及总的理论停车延误，且具有高实用性和高鲁棒性。
[0182]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。